Toiminnallinen magneettikuvaus

Toiminnallinen magneettikuvaus (engl. functional Magnetic Resonance Imaging, fMRI) on lääketieteellinen kuvantamismenetelmä, jolla tutkitaan aivojen toimintaa.

Mittalaite

Aivojen toiminnallinen magneettikuvaus tehdään samalla laitteella kuin rakenteellinen magneettikuvaus (MRI). Magneettikuvauslaite on useimmissa sairaaloissa Suomessa ja länsimaissa. Se on päistään avoin putkimainen rakenne, jonka sisään tutkittava liikutetaan tutkimussängyllä kuvausta varten.

Toimintaperiaate

Toiminnallisessa magneettikuvauksessa magneettikuvauslaitteella mitataan aivojen eri osissa tapahtuvia veren happipitoisuuden muutoksia. Menetelmällä voidaan paikantaa jopa alle millimetrin tarkkuudella ne aivoalueet, joilla veren happipitoisuus muuttuu, kun tutkittava tekee jotain tehtävää, esimerkiksi lukee sanoja tai katselee kasvokuvia. Oletetaan, että nämä happipitoisuuden muutokset ovat seurausta hermosolujen sähköisestä toiminnasta, mutta sähköisen toiminnan ja veren koostumuksen ja virtauksen välistä yhteyttä ei ole onnistuttu toistaiseksi tarkasti selvittämään.

Veren virtaus aktiiviselle aivoalueelle muuttuu muutaman sekunnin kuluttua ärsykkeen havaitsemisesta ja aivoalueen sähköisestä aktivoitumisesta. Paikallinen veren virtauksen muutos ja solujen hapenkulutus aiheuttaa muutoksen veressä olevan happipitoisen ja hapettoman hemoglobiinin määrään kyseisellä aivoalueella. Hapeton hemoglobiini, jonka määrä veressä lisääntyy aivoalueen aktivoituessa, on magneettisilta ominaisuuksiltaan erilaista kuin happipitoinen hemoglobiini ja sen määrän lisääntyessä fMRI-signaali pienenee.

Muutosten paikantamiseksi magneettikuvauslaitteella luodaan magneettikenttä, joka on erilainen kussakin tutkittavan aivojen pisteessä. Analyysiä varten aivot jaetaan mittauspisteisiin ja mittauspisteiden ympäristössä olevassa tilavuudessa, vokseleissa magnettikenttä arvioidaan olevan vakio. Vokselit ovat tyypillisesti kooltaan noin 3x3x3 mm. Magneettikenttä saa kussakin vokselissa olevat vetyatomien ytimet pyörimään eri nopeudella ja eri vaiheessa. Mittausta tehtäessä pyörimisliikettä häiritään radiosignaalilla, joka saa kaikki kyseisen vokselin ytimet pyörimään samassa vaiheessa, mutta osa ytimistä siirtyy korkeammalle energiatilalle. Pyörimisliike kuitenkin palautuu pian ennalleen. Palautumisen nopeus riippuu kyseessä olevasta kudoksesta (rakenteellisen magneettikuvauksen perusta) sekä hapettoman hemoglobiinin määrästä (toiminnallisen magneettikuvauksen perusta). Tästä palautumisesta syntyvä, hiljalleen heikkenevä radiosignaali on fMRI-signaali. Koska kutakin vokselia häiritään eri vaiheessa ja taajudella olevalla radiosignaalilla, voidaan päätellä jälkikäteen, mistä vokselista mikäkin signaali on peräisin.

Toiminnallisessa magneettikuvauksessa tutkittavalle esitettään tyypillisesti samanlaista ärsykettä noin 10-20 sekunnin ajan ja näitä jaksoja toistetaan noin 10-20 kertaa kullekin ärsyketyypille. fMRI-signaalia verrataan eri koetilanteiden välillä (esimerkiksi sanojen lukeminen versus konsonanttien katselu tai puheäänten kuuntelu versus lepo), jotta saadaan paikannettua ne aivoalueet, jotka aktivoituivat enemmän jommassa kummassa tehtävässä.

fMRI-mittauksen turvallisuus

Toiminnallinen magneettikuvaus on kivuton ja siitä ei ole havaittu olevan haittaa tai vaaraa tutkittavalle, kun mittaus suoritetaan turvamääräykset huolellisesti huomioiden. Mittauksessa mahdollisena vaaratekijänä on jatkuvasti päällä oleva voimakas magneettikenttä, minkä vuoksi magneettikuvaushuoneeseen ei saa viedä mitään metalliesineitä, eikä henkilöitä, joilla on metallia kehossaan, voida tutkia tällä menetelmällä. Lisäksi mittalaitteesta kuuluu kova ääni ja kuulosuojausta on tästä syystä käytettävä mittauksen aikana. Mittaus kestää tyypillisesti noin puoli tuntia.

Katso myös

• Aivosähkökäyrä (EEG)
• Magnetoenkefalografia (aivomagneettikäyrä, MEG)